[发明专利]制备高性能板材的剪切挤压-轧制复合成形方法与装置

说明书

本发明公开了一种制备高性能板材的剪切挤压‑轧制复合成形方法，包括以下步骤：首先利用剪切挤压成形装置进行反复剪切成形，细化坯料晶粒；然后进行变薄剪切成形，制备具有强烈剪切织构的金属板材；最后通过轧制变形提高板材表面质量，同时平衡织构，提高金属板材成形性能。本发明的模具结构简单、操作方便、成本低，可以实现板材等厚反复剪切成形和变薄剪切挤压成形功能，能够通过装置上的加热装置预热处理来改善板材的塑性变形能力，通过剪切挤压成形装置制备具有强烈剪切织构细晶板材，最后通过轧制提高板材表面质量、平衡织构，制备力学性能优异的高性能金属板材。本发明还公开了一种制备高性能板材的剪切挤压‑轧制复合成形装置。

技术领域

本发明属于金属材料的加工技术领域，具体涉及一种制备高性能板材的剪切挤压-轧制复合成形方法与装置。

背景技术

随着航空航天、国防军工、交通运输的不断发展，对高强、高韧金属结构材料的需求日益增加，同时对其性能提出了更高的要求。通过细化晶粒是制备高性能结构材料的重要方法之一。大塑性变形技术表明：通过一次或者多次累积反复的塑性变形，使其获得相当大的累积应变，使材料晶粒细化，提高材料的综合力学性能。目前大塑性变形技术主要有：等通道挤压、往复挤压、高压扭转、累积轧制、循环闭模锻造、大比率挤压等。国内提出的制备超细晶材料的C形、L形、S形、U形往复挤压实际上是等通道挤压的一种。公开号CN2768921Y提出一种反复镦粗挤压模具是往复挤压的一种形式。CN104511493A提出了剪切变形制坯的模具及方法。CN203917446U提出了一种反复挤压制备超细晶金属材料的装置。然而，上述工艺在实际金属板材的过程中均存在一些缺陷和不足。例如，等径角挤压难以生产宽幅板材；连续约束板带剪切成形的板材表面质量较差；往复挤压、高压扭转、循环闭模锻造的设备较为复杂，多用于棒料和块体材料制备；将轧机的上下工作辊错开和上下辊异速的非对称轧制时板材易出现打滑，板材质量较差；公开号CN101104236的等径角轧制时板材难以通过等径角挤压模具，且板材质量较差；CN104511493A提出的剪切变形制坯的模具及方法则需要不断更换冲头，效率不高，且只能用于棒料制备；CN203917446U提出的反复挤压装置不能实现一套模具对不同尺寸的块体材料反复剪切挤压，也不能实现厚板的变薄剪切挤压。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种制备高性能板材的剪切挤压-轧制复合成形方法与装置，它能够根据不同的材料实现相应的预热处理来改善板材的塑性变形能力，能够产生强剪切变形和大的应变积累，有效的实现金属板材的晶粒细化和调控织构的目的，能够制备表面质量较好、成形性能优异的板材。多功能金属剪切挤压装置结构简单、操作方便、成本低，能够对不同尺寸的坯料进行处理。

本发明采用的技术方案是：一种制备高性能板材的剪切挤压-轧制复合成形装置，包括左成型块、右成型块、底板垫块、压杆、上成型垫块、下成型垫块、板厚调节垫块、底板、螺栓；能够实现等厚反复剪切成形和变薄剪切挤压成形功能；等厚反复剪切成形时，不需要安装底板垫块和板厚调节垫块，所述的左成型块、右成型块放置在底板上；所述的左成型块、右成型块、上成型垫块、下成型垫块通过螺栓连接；所述的底板上有出料孔；变薄剪切挤压成形时，需要安装底板垫块和板厚调节垫块，所述的底板垫块放置在底板上；所述的左成型块放置在底板垫块上，所述的右成型块放置在底板上；所述的左成型块、右成型块、上成型垫块、下成型垫块、板厚调节垫块通过螺栓连接。

一种制备高性能板材的剪切挤压-轧制复合成形方法，首先利用多功能金属剪切挤压装置进行反复剪切成形，细化坯料晶粒；然后进行变薄剪切成形，制备具有强烈剪切织构的金属板材；最后通过轧制变形提高板材表面质量，同时平衡织构，提高金属板材成形性能。多功能金属剪切挤压装置包括左成型块、右成型块、左底板垫块、右底板垫块、压杆、上成型垫块、下成型垫块、板厚调节垫块、底板、加热装置、螺栓。

上述的金属剪切挤压装置中，靠近金属坯料，左成型块、右成型块上均设有加热装置。